(57)【要約】【課題】  塗布膜の膜厚精度を向上させる。【解決手段】  基板１を保持するチャック２をモータ３により回転させる。チャック２上方に設けたノズル１１から規定量の塗布材料１０を基板１上に滴下する。ノズル１１からの塗布材料１０の滴下終了時点を検出する滴下終了検出部２０を設ける。滴下終了検出部２０による検出結果は制御部３０に送られ、制御部３０は該検出結果に基づいてモータ３の回転速度を制御する。光源２１から発せられた光がレンズ２２を通ることによって得られた光束４が、ノズル１１先端と基板１表面とを結ぶ直線を横切るように滴下終了検出部２０を配置する。【選択図】      図１
2005177555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を水平に保持する保持部と、
前記保持部を回転させるモータと、
前記基板の上に塗布材料を滴下する塗布材料用ノズルと、
前記塗布材料用ノズルからの前記塗布材料の滴下終了時点を検出する滴下終了検出部と、
前記滴下終了検出部の検出結果に基づいて、前記モータの回転速度を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする回転塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転塗布装置において、
前記制御部は、前記検出部により検出された滴下終了時点から所定の待機時間が経過した後、前記モータの回転速度を引延し回転用に変更することを特徴とする回転塗布装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転塗布装置において、
前記滴下終了検出部は、前記塗布材料用ノズルの先端と前記基板の表面とを結ぶ直線を横切るように光を発する発光部と、該発光部により発せられた光を受光する受光部とを有することを特徴とする回転塗布装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載の回転塗布装置において、
前記滴下終了検出部は、前記塗布材料用ノズルの先端に設けられた光センサであることを特徴とする回転塗布装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の回転塗布装置において、
前記基板の上に剥離液を滴下する剥離液用ノズルを更に備え、
前記制御部は、前記滴下終了検出部の検出結果に基づいて、前記剥離液用ノズルから前記剥離液を滴下させることを特徴とする回転塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に係り、特に基板上に塗布材料を回転塗布する回転塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化及び高集積化を図るため、露光波長の短波長化が進んでいる。これに伴い、定在波効果の周期も短くなり、フォトレジスト膜の膜厚精度の向上が要求されている。また、デバイス縦構造の薄膜化も同時に進み、層間絶縁膜の膜厚精度の向上が要求されている。
レジスト膜や層間絶縁膜のような塗布膜の膜厚精度を向上させるため、塗布カップの温度及び湿度の制御の精度、並びに塗布材料の温度の制御の精度を向上させる提案がされている。また、塗布材料の粘度を安定させる制御に関する提案がされている。
【０００３】
ところで、基板上に塗布材料を滴下した後、この塗布材料を基板全面に引き延ばすための引延し回転が行われるが、従来は、引延し回転を開始するタイミングとしてポンプ停止信号を採用していた。すなわち、ポンプ停止信号を検出してから所定の待機時間が経過した後、引延し回転を開始していた。
また、バルブの動作の遅れを考慮して、バルブの開閉検出器からの信号をレジスト塗布処理に採用する提案がされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４５０１７号公報（９頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ポンプ停止信号の検出時点が同じでも、塗布材料が通る配管の状況（長さ、屈曲状態）や塗布材料の粘度変化によって、実際の滴下終了時点にバラツキが生じてしまう。従来の方法では、実際の滴下終了時点をモニタしていないため、実際の滴下終了時点のバラツキに対応できていなかった。このため、実際の滴下終了時点から引延し回転開始までの実際の待機時間にバラツキが生じていた。実際の待機時間が異なると図３に示すように塗布膜の膜厚が変化するため、実際の待機時間にバラツキが生じると塗布膜厚にバラツキが生じてしまうという問題があった。従って、従来の方法では、塗布膜の膜厚精度を向上させることができなかった。
【０００６】
また、正常に塗布材料が滴下されたか否かの判断は、塗布処理後のベーク後に行われる出来栄え検査で行っていた。このため、滴下状態の異常の発見は、塗布から長時間経過後になってしまう。よって、塗布膜を剥離して再生作業が完了するまでに長時間が掛かってしまい、次工程への仕掛かりが大幅に遅れてしまうという問題があった。さらに、塗布材料によっては、ベーク後の塗布膜の剥離が困難になってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、塗布膜の膜厚精度を向上させることが可能な回転塗布装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転塗布装置は、基板を水平に保持する保持部と、
前記保持部を回転させるモータと、
前記基板の上に塗布材料を滴下する塗布材料用ノズルと、
前記塗布材料用ノズルからの前記塗布材料の滴下終了時点を検出する滴下終了検出部と、
前記滴下終了検出部の検出結果に基づいて、前記モータの回転速度を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る回転塗布装置において、前記制御部は、前記検出部により検出された滴下終了時点から所定の待機時間が経過した後、前記モータの回転速度を引延し回転用に変更することが好適である。
【００１０】
本発明に係る回転塗布装置において、前記滴下終了検出部は、前記塗布材料用ノズルの先端と前記基板の表面とを結ぶ直線を横切るように光を発する発光部と、該発光部により発せられた光を受光する受光部とを有することが好適である。
【００１１】
本発明に係る回転塗布装置において、前記滴下終了検出部は、前記塗布材料用ノズルの先端に設けられた光センサであることが好適である。
【００１２】
本発明に係る回転塗布装置において、前記基板の上に剥離液を滴下する剥離液用ノズルを更に備え、
前記制御部は、前記滴下終了検出部の検出結果に基づいて、前記剥離液用ノズルから前記剥離液を滴下させることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上説明したように、塗布材料の滴下終了時点を検出し、この検出結果に基づきモータの回転速度を制御することにより、塗布膜の膜厚精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態１による回転塗布装置を説明するための概略図である。
図示しない塗布カップ内において、チャック２により基板１を真空吸着することにより、基板１が水平に保持されている。チャック２はスピンモータ３により回転可能である。スピンモータ３は、ケーブル３２を介して制御部３０に接続され、制御部３０の制御信号により駆動される。チャック２上に保持された基板回転速度は、制御部３０により制御されている。
【００１６】
チャック２の上方には、基板１上に塗布材料１０を滴下するノズル１１が配置されており、該ノズル１１は配管１２及びポンプ１４を介して塗布材料供給部１３に連通している。塗布材料供給部１３には、塗布材料が貯留されている。塗布材料としては、例えば、フォトレジストや、オルガノシリカのようなＳＯＧ（spin on glass）や、ＨＳＱ（hydrogen silsesquioxane）、ＭＳＱ（methyl silsesquioxane）及びＳｉＬＫ（登録商標）のような低誘電率膜材料等が挙げられる。塗布材料１０を圧送するためのポンプ１４は、ケーブル３３を介して制御部３０に接続され、制御部３０の制御信号により駆動される。
【００１７】
また、本実施の形態１による回転塗布装置は、塗布材料１０の滴下終了時点を検出する滴下終了検出部２０が設けられている。具体的には、発光部２１としての光源と、レンズ２２，２３と、受光部２４としての光電子増倍管とを有するフォトマル方式の滴下終了検出部２０が設けられている。光源２１から発せられた光がレンズ２２を通過することにより得られた光束４が、ノズル１１先端と基板１表面とを結ぶ直線、すなわち塗布材料１０の滴下路を横切るように、滴下終了検出部２０が配置されている。
光源２１としては、塗布材料１０により吸収及び散乱を起こすような光を発するものを用いることができる。塗布材料１０がフォトレジストの場合には、該フォトレジストが感光しない波長（例えば、６００ｎｍ以上）の光を発する光源２１を用いるのが好適である。なお、光源２１は、短波長の光を発する光源と、マルチ波長の光を発する光源の何れであってもよい。
受光部２４はケーブル３１を介して制御部３０に接続されている。受光部２４による検出結果、すなわち受光部２４で受光される光量変動結果（後述）が制御部３０に送られる。制御部３０は、該検出結果に基づいて、チャック２の回転速度を制御する。
【００１８】
次に、上記回転塗布装置を用いた回転塗布処理について説明する。
図２は、本実施の形態１による回転塗布処理方法を説明するための図である。詳細には、回転塗布処理において、時間経過に伴う基板回転数の変化を示す図である。
先ず、回転塗布処理前に、チャック２上に基板１を搬送し、チャック２により基板１を真空吸着保持する。
次に、制御部３０からの駆動信号によりモータ３を回転させ、基板回転速度を例えば１００ｒｐｍ程度で安定させる。基板回転速度が安定した後、制御部３０からの駆動信号によりポンプ１４を所定時間だけ駆動させることにより、ノズル１１から基板１上に規定量の塗布材料１０を滴下する。
【００１９】
上記滴下終了検出部２０により塗布材料１０の滴下終了時点が検出された後、すなわち受光部２４における光量変動に基づいて滴下終了時点が検出された後、塗布材料滴下時の基板回転速度のままで所定の待機時間だけ待機する。この待機時間は、従来ではポンプ停止後に配管を経由する塗布材料の滴下を確保するための時間であったが、本発明では塗布材料滴下が行われない実際の待機時間である。図３は、滴下終了後の待機時間と、塗布膜の膜厚との関係を示す図である。待機時間が長くなるにつれて、塗布材料から溶剤が揮発し、塗布材料の粘度が高くなり膜厚が厚くなる。本発明では待機時間にバラツキが生じないため、従来生じていたような待機時間のバラツキに起因する膜厚のバラツキが生じない。
図４は、塗布材料の滴下が正常に行われた場合において、滴下終了検出部２０の受光部２４で受光される光量の変動を示す図である。図５は、塗布材料の滴下が正常に行われなかった場合において、滴下終了検出部２０の受光部２４で受光される光量の変動を示す図である。図４に示すように、正常時には、塗布材料の滴下中は光量が低下し、滴下終了後は元の光量に戻る。一方、図５に示すように、例えば、滴下終了後に滴（しずく）が落ちた場合のような異常時には、図４と同様に滴下終了に伴い元の光量に戻った後、滴による光量変動を起こし異常波形が検知される。
【００２０】
そして、待機時間の経過後、制御部３０からの駆動信号によりモータ３の回転速度を変更し、基板回転速度を例えば１０００ｒｐｍ程度に上げる。これにより、基板１上に滴下された塗布材料を基板１全面に引き延ばす引延し回転が行われる。
引延し回転の終了後、図示しないが、制御部３０からの制御信号によりモータ３を停止させる。
以上の工程を得ることにより塗布膜が形成された基板１は、例えばベークのような次工程に搬送される。なお、塗布材料１０の滴下終了検出時に図５のような異常波形が検知された場合には、塗布膜を剥離した後に再度回転塗布処理により塗布膜を形成する。すなわち、ベーク前に、再生処理を行う（後述）。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態１では、ノズル１１からの塗布材料１０の実際の滴下終了時点を検出し、この検出した実際の滴下終了時点から待機時間を開始するようにした。よって、待機時間が一定になるため、待機時間のバラツキに起因する塗布膜厚のバラツキの発生を防止することができる。従って、塗布膜の膜厚精度を向上させることができる。
また、本実施の形態１では、受光部２４で受光される光量の変動に基づき、ノズル１１からの塗布材料１０の滴下状態が正常であるか否かを判別することができる。すなわち、滴下終了検出部２０を用いて、塗布材料１０の滴下状態をモニタすることができる。このため、ベーク後の出来栄え検査によらずとも、塗布膜の不良を判別することができ、迅速に再生処理を行うことができる。さらに、ベーク処理を行う前に塗布膜を剥離することができるため、本発明は、ベークにより剥離困難になってしまう塗布膜に対しては特に好適である。
【００２２】
次に、本実施の形態１の変形例について説明する。
本変形例では、図１に示した回転塗布装置において、滴下終了検出部２０の受光部２４を光電子増倍管ではなくＣＣＤカメラとする。この受光部２４としてのＣＣＤカメラにより滴下状態の画像データが取得され、取得された画像データは制御部３０に送られる。これにより、実施の形態１よりも詳細な滴下状態をモニタすることができ、滴下状態が正常か否かの判定を精度良く行うことができる。
【００２３】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２による回転塗布装置を説明するための概略図である。
前述した実施の形態１ではフォトマル方式の滴下終了検出部２０を用いたが、図６に示すように、本実施の形態２ではノズル１１の先端に光センサ２５を設けている。
発光部２５ａと受光部２５ｂとからなる光センサ２５は、実施の形態１で説明したフォトマル方式と同様に、ノズル１１から塗布材料１０の滴下終了時点を検出する滴下終了検出部である。発光部２５ａから発せられた光は、ノズル１１先端と基板１表面とを結ぶ直線（すなわち塗布材料１０の滴下路）を横切った後、受光部２５ｂにより受光される。
【００２４】
次に、上記光センサ２５による滴下終了時点の検出について説明する。
塗布材料１０の滴下前は発光部２５ａから発せられた光が受光部２５ｂにより受光される。塗布材料１０の滴下中は、該塗布材料１０により光が遮られるため、受光部２５ｂにおいて受光されない。滴下終了後は、元のように受光部２５ｂにおいて受光される。このように、塗布材料１０によるセンシングによって受光部２５ｂにおける受光がなくなり、その後元のように受光部２５ｂにおいて光が受光された時点が、滴下終了時点である。この検出結果は、実施の形態１と同様に、制御部３０に送られる。また、元のように受光部２５ｂにおいて受光された後、再度受光部２５ｂにおける受光がなくなった場合には、滴下終了後に滴が落ちた場合のような異常時として検出する。すなわち、実施の形態１の滴下終了検出部２０と同様に、本実施の形態２の光センサ２５を塗布材料１０の滴下状態のモニタとして用いることができる。
なお、その他の塗布処理方法については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態２では、塗布材料を滴下するノズル１１の先端に光センサ２５を設け、該光センサ２５により塗布材料１０の滴下終了時点を検出すると共に、滴下状態をモニタするようにした。よって、実施の形態１と同様の効果が得られるのに加え、滴下終了検出部を実施の形態１よりも簡易に構成することができるため、回転塗布装置のコストを安価にすることができる。
【００２６】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３による回転塗布装置を説明するための概略図である。
本実施の形態３による回転塗布装置は、前述した実施の形態１による回転塗布装置に、塗布膜を剥離する剥離液を滴下する剥離液供給機構を更に備えている。具体的には、チャック２上方に、基板１上に剥離液を滴下するノズル１５が配置されており、該ノズル１５は配管１６及びポンプ１８を介して剥離液供給部１７に連通している。剥離液供給部１７には、剥離液が貯留されている。剥離液としては、塗布材料１０に含まれる溶剤を用いることができる。剥離液を圧送するためのポンプ１８は、ケーブル３４を介して制御部３０に接続され、制御部３０の制御信号により駆動される。
その他の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２７】
上記回転塗布装置を用いた回転塗布処理について説明する。
図８は、本実施の形態３による回転塗布処理を説明するためのフローチャートである。
先ず、実施の形態１で説明したように、チャック２上に基板１を搬送し、チャック２により基板１を真空吸着保持する（ステップＳ１）。
【００２８】
次に、実施の形態１と同様の方法で、回転塗布処理を行う（ステップＳ２）。概略を説明すると、低速回転する基板１上にノズル１１から規定量の塗布材料１０を滴下した後、検出した滴下終了時点から所定の待機時間だけ低速回転のまま待機し、待機時間経過後に高速の引延し回転を行う。これにより、基板１上に塗布膜が形成される。
【００２９】
次に、塗布材料１０の滴下状態が正常であるか否かを判定する（ステップＳ３）。このステップＳ３において、滴下状態が正常であると判定された場合には、基板１を搬出し、ベーク工程のような次工程に移行する（ステップＳ４）。滴下状態は、実施の形態１で説明したように、滴下終了時点を検出する際に得られた信号に基づいて制御部３０により判定される。
【００３０】
一方、滴下状態が異常であると判定された場合には、再生処理を行う（ステップＳ５）。再生処理について説明すると、先ず、制御部３０からの駆動信号によりモータ３を駆動させることにより、基板１を回転させる。そして、制御部３０からの駆動信号によりポンプ１８を所定時間だけ駆動させて、ノズル１５から基板１上に溶剤等の剥離液を供給する。これにより、基板１上に形成された塗布膜が溶剤によって剥離される。再生処理終了後、ステップＳ２に移行して、再度塗布処理を行う。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態３では、基板１上に剥離液を滴下するための機構を設けた。これにより、塗布材料１０の滴下状態が正常に行われなかった場合に、再生処理をin-situで実行することができる。よって、実施の形態１及び２と比較して、再生処理を更に迅速に行うことができる。
【００３２】
なお、本実施の形態３では、実施の形態１の回転塗布装置に剥離液供給機能を設けたが、実施の形態１の変形例や実施の形態２による回転塗布装置に同様の剥離液供給機能を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１による回転塗布装置を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１による回転塗布処理方法を説明するための図である。
【図３】滴下終了後の待機時間と、塗布膜の膜厚との関係を示す図である。
【図４】塗布材料の滴下が正常に行われた場合において、滴下終了検出部の受光部で受光される光量の変動を示す図である。
【図５】塗布材料の滴下が正常に行われなかった場合において、滴下終了検出部の受光部で受光される光量の変動を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２による回転塗布装置を説明するための概略図である。
【図７】本発明の実施の形態３による回転塗布装置を説明するための概略図である。
【図８】本発明の実施の形態３による回転塗布処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１    基板
２    チャック
３    モータ
４    光束
１０  塗布材料
１１  ノズル
１２  配管
１３  塗布材料供給部
１４  ポンプ
１５  ノズル
１６  配管
１７  剥離液供給部
１８  ポンプ
２０  滴下終了検出部
２１  発光部（光源）
２２，２３  レンズ
２４  受光部
２５  滴下終了検出部（光センサ）
２５ａ  発光部
２５ｂ  受光部
３０  制御部
３１，３２，３３，３４  ケーブル
【図１】
2005177555.tif 000003
【図２】
2005177555.tif 000004
【図３】
2005177555.tif 000005
【図４】
2005177555.tif 000006
【図５】
2005177555.tif 000007
【図６】
2005177555.tif 000008
【図７】
2005177555.tif 000009
【図８】
2005177555.tif 000010